本發(fā)明涉及漁船防碰撞，尤其涉及一種基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預(yù)警方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在海洋漁業(yè)中，漁船碰撞事故一直是影響漁船作業(yè)安全的重大問題。隨著海上作業(yè)的船舶數(shù)量增加和海上交通的復(fù)雜性提高，漁船之間以及漁船與其他船舶之間發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)顯著上升。這不僅對(duì)船舶本身的安全構(gòu)成威脅，也可能導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。傳統(tǒng)的防碰撞方法主要依賴于船員的經(jīng)驗(yàn)和觀察，存在較大的主觀性和不確定性。

2、因此，如何有效預(yù)防漁船碰撞事故，提升海上作業(yè)的安全性，還是當(dāng)前海洋漁業(yè)管理和船舶導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域亟需解決的重要問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預(yù)警方法及系統(tǒng)，其重要目的在于提高漁船防碰撞的有效性和可靠性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明第一方面提供了一種基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預(yù)警方法，包括：

3、獲取漁船航行監(jiān)測(cè)信息，根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測(cè)信息檢測(cè)當(dāng)前區(qū)域的其他航行船只，并進(jìn)行態(tài)勢(shì)分析，得到態(tài)勢(shì)分析信息；

4、基于數(shù)據(jù)檢索獲取船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例進(jìn)行船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估要素選取，設(shè)定碰撞危險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)并構(gòu)建碰撞危險(xiǎn)評(píng)估模型；

5、根據(jù)所述態(tài)勢(shì)分析信息進(jìn)行碰撞危險(xiǎn)評(píng)估獲取碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息，并進(jìn)行防碰撞預(yù)警提示，構(gòu)建避碰責(zé)任判定規(guī)則，結(jié)合所述碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息進(jìn)行避碰責(zé)任判定；

6、根據(jù)所述碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息進(jìn)行避碰優(yōu)先級(jí)判斷，基于saga算法構(gòu)建避碰路線制定模型進(jìn)行避碰路線制定，并對(duì)下一避讓碰撞船只進(jìn)行避碰責(zé)任判定和避碰意愿分析。

7、本方案中，所述獲取漁船航行監(jiān)測(cè)信息，根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測(cè)信息檢測(cè)當(dāng)前區(qū)域的其他航行船只，并進(jìn)行態(tài)勢(shì)分析，得到態(tài)勢(shì)分析信息，具體包括：

8、基于目標(biāo)漁船的航行監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取漁船航行監(jiān)測(cè)信息，所述漁船航行監(jiān)測(cè)信息包括當(dāng)前航行區(qū)域可監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的其他船只航行信息及目標(biāo)漁船的航行信息；

9、根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測(cè)信息獲取漁船航行監(jiān)測(cè)圖像信息，對(duì)所述漁船航行監(jiān)測(cè)圖像信息進(jìn)行圖像預(yù)處理，得到預(yù)處理圖像信息；

10、基于yolov5s構(gòu)建目標(biāo)檢測(cè)模型，將所述預(yù)處理圖像信息輸入至所述目標(biāo)檢測(cè)模型中進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，通過主干網(wǎng)絡(luò)對(duì)所述預(yù)處理圖像進(jìn)行特征提取，生成初始特征圖；

11、提取所述預(yù)處理圖像信息不同尺度的特征，引入注意力機(jī)制獲取各特征的注意力分?jǐn)?shù)，生成注意力特征圖，構(gòu)建特征融合金字塔，將所述初始特征圖與注意力特征圖進(jìn)行融合，得到融合特征圖；

12、根據(jù)所述融合特征圖生成候選目標(biāo)檢測(cè)框，采用非極大值抑制法進(jìn)行篩選，提取各候選目標(biāo)檢測(cè)框的置信度，與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行判斷，獲取最終目標(biāo)檢測(cè)框，得到目標(biāo)檢測(cè)信息；

13、根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測(cè)信息獲取區(qū)域內(nèi)其他航行船只的航行靜態(tài)數(shù)據(jù)、航行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和船舶航程數(shù)據(jù)，結(jié)合所述目標(biāo)檢測(cè)信息計(jì)算目標(biāo)漁船與其他船只的會(huì)遇距離，得到態(tài)勢(shì)分析信息；

14、所述態(tài)勢(shì)分析信息包括目標(biāo)檢測(cè)信息、區(qū)域內(nèi)其他航行船只的航行靜態(tài)數(shù)據(jù)、航行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、船舶航程數(shù)據(jù)和會(huì)遇距離。

15、本方案中，所述基于數(shù)據(jù)檢索獲取船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例進(jìn)行船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估要素選取，設(shè)定碰撞危險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)并構(gòu)建碰撞危險(xiǎn)評(píng)估模型，具體包括：

16、基于數(shù)據(jù)檢索獲取船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例，提取各船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例的評(píng)估要素，計(jì)算各評(píng)估要素與對(duì)應(yīng)船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例的皮爾遜相關(guān)系數(shù)和互信息值；

17、根據(jù)計(jì)算得到的皮爾遜相關(guān)系數(shù)和互信息值分別構(gòu)建皮爾遜相關(guān)系數(shù)矩陣和互信息矩陣，預(yù)設(shè)皮爾遜相關(guān)系數(shù)閾值和互信息閾值，對(duì)所述皮爾遜相關(guān)系數(shù)矩陣和互信息矩陣進(jìn)行閾值處理；

18、將小于閾值的數(shù)據(jù)進(jìn)行置零后獲取更新后皮爾遜相關(guān)系數(shù)矩陣和互信息矩陣，提取對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)評(píng)估要素進(jìn)行并集操作獲取篩選后的危險(xiǎn)評(píng)估要素；

19、根據(jù)篩選后的危險(xiǎn)評(píng)估要素計(jì)算各篩選后危險(xiǎn)評(píng)估要素之間的相似度，通過相似度進(jìn)行危險(xiǎn)評(píng)估要素精簡(jiǎn)，根據(jù)精簡(jiǎn)后的危險(xiǎn)評(píng)估要素設(shè)定碰撞危險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)；

20、通過船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例提取各碰撞危險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)在不同碰撞危險(xiǎn)等級(jí)下對(duì)應(yīng)的評(píng)估數(shù)據(jù)，分析在不同碰撞危險(xiǎn)等級(jí)下各碰撞危險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估數(shù)據(jù)區(qū)間；

21、基于碰撞危險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)和評(píng)估數(shù)據(jù)區(qū)間構(gòu)建碰撞危險(xiǎn)評(píng)估模型，通過所述船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例構(gòu)成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進(jìn)行模型訓(xùn)練，得到符合期望的碰撞危險(xiǎn)評(píng)估模型。

22、本方案中，所述根據(jù)所述態(tài)勢(shì)分析信息進(jìn)行碰撞危險(xiǎn)評(píng)估獲取碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息，并進(jìn)行防碰撞預(yù)警提示，構(gòu)建避碰責(zé)任判定規(guī)則，結(jié)合所述碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息進(jìn)行避碰責(zé)任判定，具體包括：

23、獲取態(tài)勢(shì)分析信息，將所述態(tài)勢(shì)分析信息輸入至碰撞危險(xiǎn)評(píng)估模型中進(jìn)行碰撞危險(xiǎn)評(píng)估，根據(jù)輸入的態(tài)勢(shì)分析信息與各碰撞危險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估數(shù)據(jù)區(qū)間進(jìn)行對(duì)比，獲取各碰撞危險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的危險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)；

24、根據(jù)各碰撞危險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的危險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)獲取各危險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)對(duì)應(yīng)的評(píng)估權(quán)重，進(jìn)行加權(quán)求和，將加權(quán)求和結(jié)果與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行判斷，評(píng)估當(dāng)前航行區(qū)域可監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的其他船只與目標(biāo)漁船的碰撞危險(xiǎn)，得到碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息；

25、根據(jù)所述碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息對(duì)目標(biāo)漁船進(jìn)行防碰撞預(yù)警提示；

26、將船舶航行會(huì)遇態(tài)勢(shì)劃分為直航相遇、交叉相遇和追越相遇，并通過數(shù)據(jù)檢索獲取船舶航行避碰規(guī)則，構(gòu)建避碰責(zé)任判定規(guī)則；

27、基于所述碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息獲取被定義為碰撞船只的航行監(jiān)測(cè)信息，結(jié)合目標(biāo)漁船的漁船航行監(jiān)測(cè)信息分析碰撞船只與目標(biāo)漁船的相對(duì)位置；

28、根據(jù)碰撞船只與目標(biāo)漁船的相對(duì)位置，結(jié)合所述避碰責(zé)任判定規(guī)則進(jìn)行避碰責(zé)任判定，得到避碰責(zé)任判定信息。

29、本方案中，所述根據(jù)所述碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息進(jìn)行避碰優(yōu)先級(jí)判斷，基于saga算法構(gòu)建避碰路線制定模型進(jìn)行避碰路線制定，并對(duì)下一避讓碰撞船只進(jìn)行避碰責(zé)任判定和避碰意愿分析，具體包括：

30、獲取碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息，根據(jù)所述碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息提取碰撞船只對(duì)應(yīng)的碰撞危險(xiǎn)度，進(jìn)行對(duì)各碰撞船只進(jìn)行排序，根據(jù)排序結(jié)果確定避碰優(yōu)先級(jí)；

31、獲取避碰責(zé)任判定信息，根據(jù)所述避碰責(zé)任判定信息獲取避碰優(yōu)先級(jí)最高的碰撞船只與目標(biāo)漁船的避碰責(zé)任判定結(jié)果，若避碰責(zé)任判定結(jié)果為目標(biāo)漁船的避碰責(zé)任，則制定避碰路線；

32、獲取漁船航行監(jiān)測(cè)信息，根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測(cè)信息提取避讓碰撞船只的航行信息，對(duì)避讓碰撞船只進(jìn)行航線預(yù)測(cè)，得到航線預(yù)測(cè)信息；

33、基于saga算法構(gòu)建避碰路線制定模型，輸入所述漁船航行監(jiān)測(cè)信息和航線預(yù)測(cè)信息進(jìn)行避碰路線制定，得到避碰路線制定結(jié)果信息；

34、根據(jù)所述避碰路線制定結(jié)果信息對(duì)目標(biāo)漁船進(jìn)行避碰指引，當(dāng)完成對(duì)優(yōu)先級(jí)最高的碰撞船只的避碰事件后，對(duì)下一避讓碰撞船只進(jìn)行避碰責(zé)任判定；

35、若仍為目標(biāo)漁船的避碰責(zé)任，則根據(jù)所述避碰路線制定結(jié)果信息繼續(xù)進(jìn)行避碰，若不為目標(biāo)漁船的避碰責(zé)任，則將下一避讓碰撞船只定義為避碰責(zé)任船，進(jìn)行避碰意愿判定；

36、對(duì)避碰責(zé)任船進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并與目標(biāo)漁船進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估，根據(jù)實(shí)時(shí)碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果判斷避碰責(zé)任船是否存在避碰意愿，若不存在避碰意愿，則對(duì)目標(biāo)漁船駕駛?cè)藛T進(jìn)行主動(dòng)避讓預(yù)警。

37、本方案中，所述輸入所述漁船航行監(jiān)測(cè)信息和航線預(yù)測(cè)信息進(jìn)行避碰路線制定，得到避碰路線制定結(jié)果信息，具體包括：

38、將避碰路徑的碰撞危險(xiǎn)度作為優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定目標(biāo)函數(shù)和約束條件，進(jìn)行初始種群隨機(jī)生成；

39、將轉(zhuǎn)向幅度作為懲罰條件設(shè)定懲罰函數(shù)，通過懲罰函數(shù)標(biāo)記優(yōu)化過程中違反約束條件的解，得到違反程度信息，根據(jù)違反程度信息降低選中概率，選取符合約束條件的優(yōu)質(zhì)解；

40、預(yù)設(shè)選取閾值，根據(jù)生成的初始種群計(jì)算各個(gè)體的適應(yīng)度值并與所述選取閾值進(jìn)行判斷選取優(yōu)質(zhì)解，根據(jù)獲取的優(yōu)質(zhì)解進(jìn)行交叉和變異操作，生成新種群并作為sa算法的輸入，基于metropolis準(zhǔn)則判斷是否接受新解作為當(dāng)前解；

41、引入壽命機(jī)制和滅絕機(jī)制構(gòu)建迭代優(yōu)化策略，根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度值設(shè)定每個(gè)個(gè)體的壽命值期望進(jìn)行迭代優(yōu)化，當(dāng)個(gè)體年齡值大于對(duì)應(yīng)的壽命值期望時(shí)，進(jìn)行個(gè)體刪除并獲取保留個(gè)體，基于保留個(gè)體隨機(jī)選取若干個(gè)體進(jìn)行復(fù)制進(jìn)行種群個(gè)體補(bǔ)充；

42、基于目標(biāo)種群的適應(yīng)度值判斷目標(biāo)種群是否在迭代過程中出現(xiàn)改變，若沒有改變，則對(duì)目標(biāo)種群進(jìn)行滅絕并將目標(biāo)種群中的個(gè)體根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度值進(jìn)行排序，根據(jù)排序結(jié)果選取存活個(gè)體并構(gòu)建新種群；

43、進(jìn)行迭代優(yōu)化收斂后輸出最終解，根據(jù)最終解生成候選避碰路徑，提取各候選避碰路徑對(duì)應(yīng)的避碰距離特征計(jì)算各避碰路徑的避碰消耗，并進(jìn)行排序，根據(jù)排序結(jié)果生成避碰路線制定結(jié)果信息。

44、本發(fā)明第二方面提供了一種基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：存儲(chǔ)器、處理器，所述存儲(chǔ)器中包含基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預(yù)警方法程序，所述基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預(yù)警方法程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如下步驟：

45、獲取漁船航行監(jiān)測(cè)信息，根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測(cè)信息檢測(cè)當(dāng)前區(qū)域的其他航行船只，并進(jìn)行態(tài)勢(shì)分析，得到態(tài)勢(shì)分析信息；

46、基于數(shù)據(jù)檢索獲取船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例進(jìn)行船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估要素選取，設(shè)定碰撞危險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)并構(gòu)建碰撞危險(xiǎn)評(píng)估模型；

47、根據(jù)所述態(tài)勢(shì)分析信息進(jìn)行碰撞危險(xiǎn)評(píng)估獲取碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息，并進(jìn)行防碰撞預(yù)警提示，構(gòu)建避碰責(zé)任判定規(guī)則，結(jié)合所述碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息進(jìn)行避碰責(zé)任判定；

48、根據(jù)所述碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息進(jìn)行避碰優(yōu)先級(jí)判斷，基于saga算法構(gòu)建避碰路線制定模型進(jìn)行避碰路線制定，并對(duì)下一避讓碰撞船只進(jìn)行避碰責(zé)任判定和避碰意愿分析。

49、本發(fā)明公開了一種基于系統(tǒng)安全理論的漁船防碰撞預(yù)警方法及系統(tǒng)，包括：獲取漁船航行監(jiān)測(cè)信息，根據(jù)所述漁船航行監(jiān)測(cè)信息檢測(cè)當(dāng)前區(qū)域的其他航行船只，并進(jìn)行態(tài)勢(shì)分析，得到態(tài)勢(shì)分析信息；基于數(shù)據(jù)檢索獲取船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例進(jìn)行船舶碰撞危險(xiǎn)評(píng)估要素選取，設(shè)定碰撞危險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)并構(gòu)建碰撞危險(xiǎn)評(píng)估模型；根據(jù)態(tài)勢(shì)分析信息進(jìn)行碰撞危險(xiǎn)評(píng)估獲取碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息，并進(jìn)行防碰撞預(yù)警提示，構(gòu)建避碰責(zé)任判定規(guī)則，結(jié)合所述碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息進(jìn)行避碰責(zé)任判定；根據(jù)碰撞危險(xiǎn)評(píng)估信息進(jìn)行避碰優(yōu)先級(jí)判斷，基于saga算法構(gòu)建避碰路線制定模型進(jìn)行避碰路線制定，并對(duì)下一避讓碰撞船只進(jìn)行避碰責(zé)任判定和避碰意愿分析。提高漁船防碰撞的有效性和可靠性。